CN108363422A - 一种甲烷混空调控系统及方法 - Google Patents

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董昭
王爱英
张寰臻
李佳俊
安奕玮
李艳玲
江夏男
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Abstract

本申请涉及一种甲烷混空调控方法及其调控系统。该调控方法是：计算机利用甲烷浓度传感器探测的甲烷浓度与设定的预期浓度进行比较，并操控执行部件实时调节混入空气量，实现特定浓度甲烷的稳定输出。该调控系统是：甲烷浓度传感器采集甲烷浓度信号后，经由数据采集卡传输给计算机上的特定程序进行分析、计算得出需要的混入空气量，该量再由同一特定程序编码并通过数据采集卡输出端口传送给执行器，执行器实时控制由气泵加压的高压气室混入甲烷管道的空气的流速（流量），混合气体再经由混气结构充分混合得到特定程序预先设定的特定浓度的甲烷。本申请是：将数据采集卡通过传感器采集的数据传输给计算机端的特定程序，该程序通过计算得出调控参数并控制执行器进行实时调控，实现输出特定程序预先设定的特定浓度的甲烷。

Description

一种甲烷混空调控系统及方法
技术领域
本申请涉及一种甲烷混空调控，属于自动化控制领域。
背景技术
甲烷，天然气的主要成分，俗称瓦斯，是最简单的有机物，在标准压力的室温环境中，甲烷无色、无味，爆炸上限15.4%，爆炸下限5.0%，故甲烷的安全有效的利用需求十分迫切。
通常的轻烃发电特别是甲烷发电领域存在着能源利用不充分的情况，由于输气管道中的甲烷浓度不均匀，导致浓度过高时存在能源浪费，浓度过低时发电装置不能正常运行，导致低浓度的甲烷直接排放，虽然企业在低浓度甲烷利用方面越来越新颖，但对于过高浓度甲烷，只能采用手动控制，降低甲烷浓度以达到稳定值，本发明提供了一种可有效降低高浓度甲烷浪费的方法，可实现实时自动调控混入空气的浓度，以减少能源浪费实现。
发明内容
本申请提供一种自动化甲烷混空调控系统及方法，实现稳定的甲烷浓度输出提高能源利用率。
本申请采用如下技术方案：提供一种甲烷混空调制装置，包括：来气管道（1）、流量传感器1（2）、安装在来气管道（1）上的甲烷浓度传感器1（3）、带有高压气泵的高压气室（4）、与（4）连接的流量控制阀（5）、安装在流量控制阀前方的流量传感器2（6）、混气结构（7）、甲烷浓度传感器2（8）、出气管道（9）、数据采集及控制装置（10）、装有自主开发的调控软件的计算机（11）。
所述的甲烷来气管道（2）内置流量传感器1（2），可实时测量管道中的甲烷流量；所述的甲烷浓度传感器1（3）可实时测量管道中的甲烷浓度，且甲烷流量和浓度信息可通过数据采集装置提供给计算机。
所述的带有高压气泵的高压气室（4），一端连接流量控制阀（5）；所述的流量控制阀（5）连接流量传感器2（6），以监控输出的空气流量。
所述的数据采集装置（10），可接收流量传感器测量的数据，并输出信号来控制上述的流量控制阀（5）；所述的控制软件可实时显示各部分的数据，通过计算后控制软件将所需的混气流量通过数据采集装置反馈给流量控制阀（5），最终实现输出稳定的甲烷浓度；所述的甲烷浓度探头（8）可用来检测输出甲烷浓度，以判断甲烷混空系统是否正常工作。
附图说明
图1：甲烷混空调控系统结构图：来气管道(1)、流量传感器1（2）、甲烷浓度传感器1（3）、带有高压气泵的高压气室（4）、流量控制阀（5）、流量传感器2（6）、混气结构（7）、甲烷浓度传感器2（8）、出气管道（9）、数据采集及控制装置（10）、装有自主开发的调控软件的计算机（12）；
图2：软件控制及数据输出示意图。
具体实施方式
所述的来气管道(1)、流量传感器1（2）、甲烷浓度传感器1（3），构成未混气前的甲烷测试系统，本申请所述的带有高压气泵的高压气室（4）可根据实际甲烷流量调节类型和大小，且所述的流量控制阀（5）可根据输入信号实时调节空气的流量，调节范围受实际的甲烷流量和气泵的类型和大小影响，上述的流量传感器2（6）可实时检测经过流量控制阀（5）后的气体流量，用以检测前述两个部件是否正常工作。
所述的混气装置（7），为装有混气气孔的海绵状物体的管道，可实现甲烷与空气的充分混合，所述的甲烷浓度传感器2（8）可实时检测混空后的甲烷浓度。
所述数据采集及控制装置（10），根据所选的流量控制阀的需求，来选择合适的规格，实现对流量传感器1（2）、流量控制阀（5）、流量传感器2（6）的数据的采集和分发。
所述的控制软件可分四个窗口显示测量数据，包括：流量控制阀的输出信号监测，流量传感器1所测量的空气流量监测，流量传感器2的甲烷流量监测，以及最后的甲烷浓度传感器测量的甲烷浓度监测；控制软件可根据预先设定的输出甲烷浓度，对监测到的甲烷流量数据进行计算来控制混入空气的流量，以实现预定的甲烷浓度。
下面结合附图对本发明专利的较佳实施示例进行具体说明，包括以下步骤：
1.安装所述的气泵与高压气室，并连接好电源；
2.流量控制阀连接在气泵与高压气室后以调节空气流量；将流量控制阀连接好电源，并将信号输入端连接到数据采集卡的信号输出端，数据采集卡将软件发出的数字信号转为模拟信号传输给流量控制阀；
3.流量传感器2连接电源，并将其模拟信号输出端连接到数据采集卡的信号输入端，信号经过模数转换后被软件读取换算成流速信息显示在控制软件上；
4.根据控制软件显示界面上监测流量控制阀的自检输出信号和流量传感器2所测量的空气流量两个窗口所显示的数据，判断流量控制阀是否处于正常工作状态；
5. 流量传感器1的安装、接线与显示同流量传感器2；
6.混气结构安装在汇入空气的支路之后，考虑安全因素，混气结构应选择不能燃烧且耐腐蚀的材料；
7.混合后的气体继续在管道中传输，甲烷浓度传感器2对此时的甲烷浓度进行监测，其输出的模拟信号通过数据采集卡转变为数字信号后，被程序读取并显示在控制软件显示界面的甲烷浓度监测窗口上；
8.控制软件的程序设计原理如下：
1)软件通过接收的来自甲烷浓度传感器1和流量传感器1探测的数据与预先设定的混合气体浓度与之的关系，计算得出所需通入的空气流量，计算公式如下 ：
其中，为甲烷进气管道中气体浓度，为甲烷管道中气体流量，为计算得出的空气流量，为混合后的甲烷浓度；
2)程序将计算得出的需要通入的空气流量数据进行控制编码生成控制信号，通过数据采集卡的输出端口传输给流量控制阀，由流量控制阀执行操作向管道通入特定流量的空气。
补充说明本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的需改和变化，或者是利用本发明的说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变化属于本发明的保护范围。
本申请通过调控软件来调控各个部件的运行，可实现成本低、自动化、效率高的新型混空调控装置。

Claims (6)

1.一种甲烷混空调控系统及方法，包括：来气管道（1）、流量传感器1（2）、甲烷浓度传感器1（3）、带有高压气泵的高压气室（4）、流量控制阀（5）、流量传感器2（6）、混气结构（7）、甲烷浓度传感器2（8）、出气管道（9）、数据采集及控制装置（10）、装有自主开发的调控软件的计算机（11）；所述的甲烷来气管道（2）内置流量传感器1（2），可实时测量管道中的甲烷流量；所述的甲烷浓度传感器1（3）可实时测量管道中的甲烷浓度，且甲烷流量和浓度信息可通过数据采集装置提供给计算机；所述的带有高压气泵的高压气室（4）一端连接流量控制阀（5），所述的流量控制阀（5）连接流量计2（6）以实现监控输出的空气流量；所述的数据采集及控制系统（10）可接收流量计测量的数据，并输出信号来控制上述的流量控制阀（5），所述的控制软件可实时显示各部分的数据，通过计算后控制软件将所需的混气流量通过数据采集装置反馈给流量控制阀（5），最终实现输出稳定的甲烷浓度；所述的甲烷浓度探头（8）可用来检测输出甲烷浓度，以判断甲烷混空调控系统是否正常工作。
2.如权利要求1所述的一种甲烷混空调控系统及方法，其特征在于：由来气管道（1）、流量传感器1（2）、甲烷浓度传感器1（3），可高精度的测量来气管道中甲烷的流量和浓度，并且将测量数据通过数据采集装置进行模数转换后传递给带有控制软件的计算机。
3.如权利要求1所述的甲烷混空调控系统，其特征在于：所述流量控制阀为延迟小、可精调的空气质量流量控制阀。
4.如权利要求1所述的一种甲烷混空调控系统及方法，其特征在于：所述的甲烷浓度探头可实时检测混空后的甲烷浓度；所述数据采集及控制装置的规格，应根据甲烷浓度传感器1、甲烷浓度传感器2、流量传感器1、流量传感器2及控制阀的输入、输出电压来选择。
5.如权利要求1所述的一种甲烷混空调控系统及方法，其特征在于：所述的控制软件可分四个窗口显示测量数据，包括：流量控制阀的输出信号监测，流量传感器1所测量的空气流量监测，流量传感器2的甲烷流量监测，以及最后的甲烷浓度探头测量的甲烷浓度监测；控制软件可根据预先设定的输出甲烷浓度，对监测到的甲烷流量数据进行计算来控制混入空气的流量，以实现预定的甲烷浓度。
6.本申请的一种实施例，使用权利要求1所述的一种甲烷混空调控系统及方法对甲烷浓度进行调控，其特征在于：包括以下步骤：
1）安装所述的气泵与高压气室，并连接好电源；
2）流量控制阀连接在气泵与高压气室后以调节空气流量；将流量控制阀连接好电源，并将信号输入端连接到数据采集卡的信号输出端，数据采集卡将软件发出的数字信号转为模拟信号传输给流量控制阀；
3）流量传感器2连接电源，并将其模拟信号输出端连接到数据采集卡的信号输入端，信号经过模数转换后被软件读取换算成流速信息显示在控制软件上；
4）根据控制软件显示界面上监测流量控制阀的自检输出信号和流量传感器2所测量的空气流量两个窗口所显示的数据，判断流量控制阀是否处于正常工作状态；
5）流量传感器1的安装、接线与显示同流量传感器2；
6）混气结构安装在汇入空气的支路之后，考虑安全因素，混气结构应选择不能燃烧且耐腐蚀的材料；
7）混合后的气体继续在管道中传输，甲烷浓度传感器2对此时的甲烷浓度进行监测，其输出的模拟信号通过数据采集卡转变为数字信号后，被程序读取并显示在控制软件显示界面的甲烷浓度监测窗口上；
8）控制软件的程序设计原理如下：
a）软件通过接收的来自甲烷浓度传感器1和流量传感器1探测的数据与预先设定的混合气体浓度与之的关系，计算得出所需通入的空气流量，计算公式如下 ：
其中，C c 为甲烷进气管道中气体浓度，I c 为甲烷管道中气体流量，I a 为计算得出的空气流量，C H 为混合后的甲烷浓度；
b）程序将计算得出的需要通入的空气流量数据进行控制编码生成控制信号，通过数据采集卡的输出端口传输给流量控制阀，由流量控制阀执行操作向管道通入特定流量的空气。
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